铁路机车诊断系统中电路故障的诊断

冯彦斌

摘要：目前，在铁路机车进行运行速度大提升的背景之下，机车行驶的安全问题依然是铁路行业向前良好稳定健康可持续发展的关键因素，很长时间以来机车故障监控体系以及机车安全体系的分析探索早已变成国内铁路行驶安全监测领域里面关注的焦点话题。文章首先介绍了铁路机车诊断体系的组成部分以及研究现状，然后分析了机车电器电路的故障诊断步骤，以供参考。

关键词：铁路机车；电路故障；基础数据；车载数据；专家系统

中图分类号：U269 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）19-0096-03

铁路机车的电路故障监测诊断一直是一种源自于现场的急需解决处理的难题。铁路机车电器电路作为内燃机的神经体系，系统整体相当于比较复杂庞大，表现为经典的网络系统，每台电机包含的逻辑次序关系更加纷繁复杂；机车电器体系长时间运行在振动高温度的不良环境之下，电器故障发生的概率相对很大，诊断检测的难度相对也比较大。根据统计分析，铁路机车系统由于电器发生故障的次数大约占到机车故障总数的一半以上，特别是涉及到铁路机车行驶的电机设备，一旦造成故障，如果不可以快速解决，很有可能直接对机车的运行安全构成严重威胁，还有可能引起机破灾难事故的出现，将对人们的生命和财产安全构成难以估计的损失。

随着人工智能科技技术、传感技术、互联网技术、计算机技术，尤其是专家技术体系的发展推进，各种各样的信息、数据的监测、传递以及处理分析均具备实现目标的方法与条件，推进了故障诊断系统朝向智能化趋势发展，确保故障诊断的综合化、系统化变成可能。然而现有的故障诊断体系全部各自构成一个系统，信息缺乏一致的标准，没办法共享，阻碍了其向着综合化、系统化的方向发展。该篇文章指出了一套铁路机车常见的电路故障检测体系的规划方案，本体系可以达到在线故障的诊断，而且经过数据的研究分析，发现故障存在点，引导司机快速解除，能够进一步降低以及规避机破灾难事故的产生，保障机车行驶安全顺利。

1 铁路机车体系电路故障的主要特征

铁路机车属于一个极其复杂的动力体系，在工作的过程中成千上万个零部件相互配合，对外界显现出错综复杂的输出信息，机车的工作是一个随机的、动态的以及复杂的过程，即在不同的时刻观测到的任何数据都是随机生成的，站在系统理论观点分析，机车的故障具有如下一些特征：

（1）趋势性：绝大多数机车的故障都是随着时间呈现趋势变化，也就是从细微的征兆发展成为显著变化的趋势。

（2）模糊性：征兆信息与机车的故障不一定是严格对应的，呈现随机分布特性，征兆之间的界限也是模糊不清的，而且有些讯息还是不确切的。

（3）缓变性以及突发性：突发性障碍通常瞬间爆发，没有明显征兆，很难预测，然而渐变性障碍具有局部功能出现失效以及缓慢发生的特征，是可以预料

到的。

（4）层次性：几万个零部件部署在机车里一起工作，不同元件互相耦合，决定了机车故障具有层次性。几乎每一类故障都是通过多种原因组成。

2 建立机车电路故障体系的原因及意义

2.1 建立机车电路故障体系的原因

随着国民经济的高速发展，中国的铁路行业同时正发生着天翻地覆的变化，它的发展规模是空前的。从十五规划的开展、更新更多的铁路的建造以及铁路提速规模的持续增加，表现了国内的铁路行业正处于快速的发展时期。同时，在迅速发展的同时，怎样确保铁路机车在日益复杂的路况与飞速行驶情况中正常行驶早已成为当今铁路机构的工作重心。铁路机车的行驶状况不仅关系顾客的生命财产安全，并且对我国经济发挥很大的作用，身为国内运输行业里最重要的运输形式，火车始终扮演着举足轻重的角色，火车一旦发生电路故障所导致的经济损失是很严重的。

铁路机车的行驶安全在度量铁路整体运行质量时起着重要作用。极力推进行驶安全监测体系，达到对铁路机车在线监控的目的，竭力促进地面监控体系，实现监测铁路机车行驶指标以及运行质量的目标；推行监控、检测、管理一体化的安全控制互联网系统等，上述这些都是国家发展铁路行业的主要目标。

现在，国内的铁路高速行驶尚且处在初级时期，和国际先进水平比较还有一定的差距，其中主要的一个表现便是对铁路机车的操控目前依然依靠司机的实践经验以及掌握的技术程度，该情况早已不能够适应现代化的铁路运输需求标准。所以，研究铁路机车的安全体系以及检测故障早已变成国家铁路行驶安全控制范围内有待探讨的关键主题。今天，在国内铁路进行大范围提速的背景下，针对该主题的探究有着一定的理论意义以及实际含义。

2.2 建立机车电路故障体系的意义

最近几年，随着我国在铁路机车安全管控技术范围内的探索已经实现比较大的提升，缩小了和外国先进技术水平之间的距离。然而从严格意义上讲，该领域的研究从理论层面以及结构层面并没有根本性的超越，当今司机控制车辆的行驶安全的主要手段很多还是依靠以前的经验，司机依据观测到的很多外界信息以及本人针对线路状况和铁路机车车辆的使用情况进行了解以及掌握，使用丰富的运行经验提出判断结果，建立对策进行机车行驶的操纵。然而培育素质优良的司机必须花费很长时间，再加上机车车辆的运行条件比较差，而且受到噪音、振动、精神高度绷紧等各方面因素的作用，司机很容易精神疲惫，进而导致判断失误或者观察错误等情况的发生。

铁路机车在运行过程当中，发生故障是难以避免的事情。所以对机车实施检测维修，是保障机车的最高性能发挥出来的前提条件以及确保铁路机车安全行驶。目前全球最发达的状态诊断检测体制的执行，都无法离开故障检测诊断技术的使用。当今，中国铁路机车领域的故障诊断检测技术，总体来说仍然局限于对设零件、组件、部件以及设备等一些方面的检修。比如，经过对机油光谱进行分析，能够检测出机油中每一种微量元素部分的含量，进而判断出来柴油机里面各运动分件的磨损状况。经过对铁路机车行驶当中油轮对于传送给钢轨的功率谱以及震动频谱的分析，能够判定出齿轮箱、电机以及轮对于每个零件、组件以及部件的缺点状况，进一步推理出每个部件剩余的使用年限。通过运用红外线测试仪器，能够检测出来正在运行当中的铁路机车车辆每个轴的温度情况，同时能够经过无损探伤这种形式，测试出每个零件表面以及内部的缺点。上述那些诊断手段，全部没有联系整个铁路机车体系的综合性诊断监测，现在综合诊断整体的机车体系，大部分情况还是依赖技术专业人员，靠经验，通过综合探析以后断定。然而，伴着老专家同志的退休，青年专业人员实践经验不够，导致每段机务段的专家人数表现不足，况且最初运用特定型号铁路机车的那部分机务段，其实根本没对该种规格机车实施故障检修的专业人员。不仅如此，由多名站在自身角度的专业人员一起共同判定整台机车处于的状态，有些时候意见很难一致，这样便很容易导致误判。利用专家体系就能够攻克上述缺陷，而且丰富的专业知识经验为建立专家系统给予了基本的保障。endprint

3 铁路机车电气故障诊断体系

3.1 系统介绍

铁路机车故障诊断系统由两大模块组成：内燃机车故障诊断系统和电力机车故障诊断系统。针对内燃机车故障诊断系统作以简要说明。

（1）载入数据。该种功能可将内燃机车的所有检测仪搜索到的数据，经由通信线路传送到故障诊断系统中去。

（2）设置参数。该功能主要是对内燃机车设备设定门限值系数。

（3）诊断故障。经过专家系统以及检测仪器搜索到的数据，用以确定机车电路设备的性能，并获得诊断的结果，据此来判定设备有无需要进行维修或者维护。

（4）打印查询。完成数据监控和故障的查询并且打印出查询结果。

（5）分析走势。经过设置走势的分析条件，全面深刻了解机车的运行状况。

3.2 该体系的构成

铁路机车电路故障的诊断体系主要运用在迅速找出故障原因以及位置、检测机车电气体系的质量状况的诊断体系，具体包括有地面专家检测体系以及车载诊断体系两个子体系。车载诊断体系运用在线检测铁路机车电路故障以及记录各个机电设备的故障信息以及状况信息，而且可以通过在线状态数据快速找出发生故障的原因以及位置，引导司机快速解除，能够进一步降低以及规避机破灾难事故的产生，保障机车行驶安全顺利。而地面专家检测体系经过对故障信息以及状况信息实施研究分析，依据专家的经验知识提出判断，搜寻到多方面、更复杂的故障，因为其拥有高级的运算速率以及丰富的经验知识，因此具备特别强的检测诊断技能。其中转储器主要进行提取车载数据，把车载体系测算到的信息数据等传递到地球的数据处理体系实施更加全方位的处理分析。

完成体系的设计必须解决下面几个核心问题：

（l）处理基础数据。铁路机车的电路根据它的功能能够划分成励磁回路、辅助回路、主回路、控制回路，所有的电路表现为经典的网络体系，逻辑次序纷繁复杂，工况不同，每个回路具有的工作状态也是不一样的，进而其接触器的每个触点状态也不一样，有关的连锁电路同时也不同，然而总是能够依据纷繁复杂的工况之下每个接触器具备的逻辑联系确立主电路里面所有点的状况。所以，处理基础数据就必须寻找出来被测点以后，找到不同的工况下每个点的组合状态以及寻常状态，给查询判断故障构建模式。具体有构建车载诊断体系的标准数据库以及地面专家检测诊断体系的状态数据库与知识库。

（2）提取车载数据。经过查阅及调研很多的有关资料，采取统计分析的办法，选择50个将要被检测的点，这部分被检测点大致上包括常见的故障产生位置以及铁路机车行驶的主要电路位置。车载诊断体系中央处理器持续地查看被测点讯息，进而实施故障判断检测，如果遇到被测点的状态发生变化时，就把目前的状态以及状态变化的时间记录下来，然后经过转储器把单片机里面的数据信息传送到地面的PC机实施处理分析。

（3）探究诊断办法。车载与地面专家诊断系统均是对被测信息进行分析处理，根据相应的信息库作出故障判断。由于车载诊断系统受到其运算速度的影响，故只能对那些影响行车安全的重要故障作出判断，并指导司机及时排除，而更复杂的、多方面的故障信息则是依赖地面专家系统，根据知识库和状态数据库所提供的信息，通过逻辑推理和经验知识作出故障诊断。在实际的应用中，由于不同的应用现场所要求的检测和故障诊断的侧重点也不同，这就需要软件设计具有兼容性。因此，切实可行的诊断方法，建立知识库和状态数据库是数据处理的难点和关键。

3.3 铁路机车诊断系统的研究现状

我国铁路机车在使用的过程中，保持车辆的安全运行方式很大程度上依赖机车司机长时间的实践过程。但是由于机车车辆的本身工作规定、噪音、震动、疲乏，即使经验丰富的司机一样可能发生错误抑或失误。20世纪80年代以后，国家铁路部门积极地把诊断检测技术的研究成果应用于机车电器方面，并且取得了非常大的进步。如今，通常都是定期对已经达到规定运行里程的铁路机车进行大规模的检测与维修，把检修过的车辆送去维修厂，然后再依次对机车里面的电机、油机以及电气线路进行检测。其中检测电路仍然使用常规做法，通过使用高度精密的仪表和仪器来对每一条电气线路中电阻数值进行测量与分析，在完成以后做出检测维修方法的判断并实施。对于机车的综合的诊断，大多数都运用人工智能的诊断方法。如果铁路机车在行驶过程中出现了故障，必须在现场立即寻找出障碍发生的原因然后妥善解决，因而车载故障诊断体系非常重要。

4 结语

文章介绍了机车车载电气线路故障诊断系统，其中一部分已经通过了实验模拟监测，车载部分具有观察直观，性能优良，操作方便，体积小，并且可以进行实时监测等特点，综合考虑现实状况，是一个非常实用的

系统。

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